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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem e validação Monte Carlo do acelerador Halcyon™ para caracterização do Beam Stopper
Alternate title (s): Monte Carlo modeling and validation of the Halcyon™ accelerator for Beam Stopper characterization
Author: Ferreira, Maryane Santos
First Advisor: Santos, William de Souza
First member of the Committee: Neves, Lúcio Pereira
Second member of the Committee: Valença, João Vinícius Batista
Summary: O acelerador linear Varian Halcyon™, de arquitetura O-Ring e colimação integralmente jawless por colimador multilâminas de dupla camada, possui, em posição oposta ao isocentro, um beam stopper de elevado número atômico, cuja função radioprotetora ainda carece de caracterização quantitativa. Este trabalho teve por objetivo desenvolver, validar e aplicar um modelo geométrico do cabeçote do Halcyon™ no código de transporte de radiação MCNP6.2, fundamentado no método estocástico de Monte Carlo, a fim de caracterizar o desempenho do beam stopper na blindagem estrutural e na dose ao paciente. O modelo, composto pelo alvo, pelo colimador primário, pelo colimador multilâminas de dupla camada e pelo beam stopper de liga de chumbo-antimônio (11,34 g/cm³), foi validado por comparação com os dados de comissionamento clínico do sistema de planejamento Eclipse. Empregou-se o índice gama, nos critérios 3%/3 mm e 2%/2 mm, sobre curvas de dose percentual em profundidade e perfis laterais de sete campos, de 2 × 2 a 28 × 28 cm². A validação evidenciou concordância satisfatória entre o modelo e os dados clínicos, com taxas de aprovação superiores a 95% no critério 3%/3 mm na maioria das configurações e desvios esperados apenas nos campos de menores dimensões. Uma vez validado o modelo, estimou-se a atenuação do feixe primário pelo beam stopper e sua contribuição à barreira primária do bunker. Em seguida, reconstruiu-se um plano clínico real de radioterapia por arcos volumétricos modulados (VMAT) de próstata, a partir do registro de trajetória (trajectory log) do equipamento e do simulador antropomórfico AM da ICRP 145, a fim de quantificar a dose periférica e superficial associada ao retroespalhamento do componente. O beam stopper mostrou-se atenuador eficaz do feixe primário transmitido no eixo central, com atenuação equivalente a 2,58–2,98 camadas decirredutoras (TVL). Seu efeito sobre a dose ao paciente revelou-se real, porém clinicamente desprezível: inferior a 1,4%, restrito a estruturas ósseas corticais distais e fora do campo de tratamento, no sentido de um pequeno acréscimo de dose por retroespalhamento, e sem significância estatística nas regiões irradiadas. Conclui-se que o beam stopper atua essencialmente como elemento de blindagem, com influência trivial sobre a dose terapêutica, e que o modelo desenvolvido constitui ferramenta validada para estudos dosimétricos e de radioproteção em aceleradores de arquitetura semelhante à do Halcyon™.
Abstract: The Varian Halcyon™ linear accelerator, featuring an O-Ring architecture and fully jawless collimation by a dual-layer multileaf collimator, has a high-atomic-number beam stopper positioned opposite the isocenter, whose radiation-protection function still requires quantitative characterization. This work aimed to develop, validate, and apply a geometric model of the Halcyon™ treatment head in the MCNP6.2 radiation transport code, based on the stochastic Monte Carlo method, in order to characterize the performance of the beam stopper in structural shielding and in patient dose. The model, comprising the target, the primary collimator, the dual-layer multileaf collimator, and the lead–antimony alloy beam stopper (11.34 g/cm³), was validated against the clinical commissioning data of the Eclipse treatment planning system. The gamma index was used, with the 3%/3 mm and 2%/2 mm criteria, on percentage depth-dose curves and lateral profiles for seven field sizes, from 2 × 2 to 28 × 28 cm². The validation showed satisfactory agreement between the model and the clinical data, with passing rates above 95% under the 3%/3 mm criterion in most configurations and deviations expected only for the smallest field sizes. Once the model was validated, the attenuation of the primary beam by the beam stopper and its contribution to the primary barrier of the bunker were estimated. A real clinical prostate volumetric modulated arc therapy (VMAT) plan was then reconstructed from the accelerator's trajectory log and the ICRP 145 AM anthropomorphic phantom, in order to quantify the peripheral and surface dose associated with backscatter from the component. The beam stopper proved to be an effective attenuator of the primary beam transmitted along the central axis, equivalent to 2.58–2.98 tenth-value layers (TVL). Its effect on patient dose was found to be real but clinically negligible: below 1.4%, restricted to distal cortical bone structures outside the treatment field, corresponding to a small increase in dose due to backscatter and with no statistical significance in the irradiated regions. It is concluded that the beam stopper acts essentially as a shielding element, with trivial influence on the therapeutic dose, and that the developed model constitutes a validated tool for dosimetric and radiation-protection studies in accelerators with an architecture similar to that of the Halcyon™.
Keywords: Método de Monte Carlo
MCNP6.2
Acelerador linear Halcyon
Beam stopper
Radioproteção
Halcyon linear accelerator
Radiation protection
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Subject: Engenharia biomédica
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Administração
Quote: FERREIRA, Maryane Santos. Modelagem e validação Monte Carlo do acelerador Halcyon™ para caracterização do beam stopper. 2026. 100 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.540
Document identifier: DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.540
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49507
Date of defense: 15-Jul-2026
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Biomédica

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